普通的固態(tài)激光器，如激光筆中所用的那種，是在可見光范圍內(nèi)產(chǎn)生光。然而，對于許多應用，例如分子探測，需要中紅外輻射。這種紅外激光器的制造難度要大得多，尤其是當激光輻射需要以極短、強烈的脈沖形式存在時。

在哈佛大學已經(jīng)實現(xiàn)了這樣一種簡單的激光脈沖產(chǎn)生方法。這項新技術(shù)不需要大的實驗裝置；它可以很容易地小型化，因此在實際應用中特別有趣。新的研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《自然通訊Nature Communications》雜志上。

頻率梳

“我們用在維也納技術(shù)大學超現(xiàn)代納米中心制造量子級聯(lián)激光器產(chǎn)生中紅外范圍的激光，”該研究的第一作者、奧地利維也納技術(shù)大學固體電子研究所的Johannes Hillbrand說。“在普通固態(tài)激光器中，發(fā)射的光的類型取決于材料中的原子，而在量子級聯(lián)激光器中，納米范圍內(nèi)的微小結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。通過適當?shù)卦O(shè)計這些結(jié)構(gòu)，可以精確地調(diào)整光的波長�！�

“我們的量子級聯(lián)激光器不只是提供單一顏色的光，而是一系列不同的頻率，”助理教授Benedikt Schwarz說，他領(lǐng)導了他的歐洲研究委員會資助項目的研究工作�！斑@些頻率的排列非常有規(guī)律，它們之間的距離總是相同的，就像梳齒一樣。因此，這種頻譜被稱為頻率梳�！�

光就像鐘擺

然而，不僅是這種量子級聯(lián)激光器發(fā)射的頻率起決定作用，而且是相應光波振蕩的相位�！澳憧梢园阉�比作兩個用橡皮筋連接起來的鐘擺，”Johannes Hillbrand解釋道，“它們可以前后擺動，完全平行，也可以相反，這樣它們要么朝對方擺動，要么遠離對方。這兩種振動模式的頻率略有不同�！�

它與由不同波長組成的激光非常相似：頻率梳中的單個光波可以精確同步振蕩，然后以最佳方式相互疊加，可以產(chǎn)生短而強的激光脈沖�；蛘咴谒鼈兊恼袷幹�間會有偏移，在這種情況下，不會產(chǎn)生脈沖，而是產(chǎn)生幾乎連續(xù)強度的激光。

光調(diào)制器

“在量子級聯(lián)激光器中，以前很難在這兩種變體之間來回切換，”Johannes Hillbrand說，“然而，我們在我們的量子級聯(lián)激光器中制造了一個微小的調(diào)制器，光波一次又一次地經(jīng)過。根據(jù)電壓的頻率和強度，激光可以激發(fā)不同的光振蕩�！�

Benedikt Schwarz說：“如果你以正確的頻率驅(qū)動這個調(diào)制器，你就可以實現(xiàn)頻率梳的不同頻率完全同步振蕩。這使得將這些頻率組合成每秒超過120億次的短而強的激光脈沖成為可能�！�

半導體激光器以前不可能實現(xiàn)對短紅外激光脈沖的這種控制。類似類型的光之前最多只能用非常昂貴和有損的方法產(chǎn)生。“我們的技術(shù)具有決定性的優(yōu)勢，它可以小型化，”Benedikt Schwarz強調(diào)說，“例如，人們可以用它來制造緊湊的測量儀器，使用這些特殊的激光束來搜索氣體樣本中非常特殊的分子。由于激光脈沖的高光強度，同時利用兩個光子實現(xiàn)測量也是可能的。”

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